T1 -moduli

1.1Sähkövirta

Kun avaat hanan, vesi alkaa virrata. Veden määrän voidaan ilmoittaa vaikkapa litroina minuutissa.Kun kytket valot, lamppu syttyy, koska sähkövirta kulkee johdoissa. Sähkövirran suuruusilmoitetaan ampeereina (A) .

Sähkövirta on elektronien liikettä johdoissa. Jotkut aineet päästävät sähkövirran helposti lävitseen,koska niissä on paljon vapaita elektroneja. Tällaisia aineita kutsutaan johteiksi. Hyviä johteitaovat kaikki metallit, suolavesi, hiili, yms. Eristeitä taas ovat muovit, kumit, tislattu vesi, kiille, jne.Näiden ääripäiden välissä ovat puolijohteet, mm. pii ja germanium, joiden johtavuus riippuuolosuhteista.

Kaikki sähkövirrat eivät ole samanlaisia, sillä joissain tilanteissa on parempi, että sähkövirransuunta vaihtelee. Tällaista virtaa kutsutaan vaihtovirraksi ja se lyhennetään kirjaimilla AC taimerkillä ~ . Tasavirrassa virran suunta pysyy samana ja se lyhennetään kirjaimilla DC tai merkillä=. Tasavirtaa saadaan paristoista ja akuista, pistorasiasta saatava virta on vaihtovirtaa.

1.2Jännite

Paine saa veden virtaamaan putkistossa. Sähkövirran saa kiertämään jännite. Jännitteen suuruusmitataan voltteina (V). Paristoista ja akuista saadaan tasajännitettä, pistorasiasta vaihtojännitettä. Jomuutaman kymmenen voltin suuruinen jännite voi olla hengenvaarallinen! Pistorasiassavaikuttaa 230 voltin suuruinen jännite, jota kutsutaan myös verkkojännitteeksi (verkkovirraksi).

1.3 ResistanssiKapeampi kohta putkistossa vastustaa vesivirtaa. Samoin sähköjohdossa oleva laite, esim. lamppuvastustaa sähkövirtaa. Sähkövirran vastustusta kutsutaan resistanssiksi ja sen suuruus ilmoitetaanohmeina (Ω).

Ohut lanka vastustaa sähkövirtaa enemmän kuin paksu, samoin pitempi johdin vastustaa virtaaenemmän kuin lyhyt. Tietysti resistanssin määrä riippuu myös aineesta.

1.3Kohti Ohmin lakia

Jos lisäät vesiputkistoon vastustusta ohentamalla putkia, piirissä kiertävän veden määrä pienenee.Jos taas lisäät painetta, veden määrä kasvaa. Kiertävän veden määrä siis riippuu sekä vastustuksestaettä paineesta. Samoin on sähkövirran kanssa: jos lisäät resistanssia sähkövirran määrä vähenee, joslisäät jännitettä virta kasvaa. Virran suuruus riippuu siis sekä jännitteestä että resistanssista.

Jos jännitteen ja resistanssin suuruudet tunnetaan, sähkövirta voidaan laskea kaavastavirta = jännite/resistanssi

Edellä olevasta kaavasta voidaan laskea myös jännite tai resistanssi, jos kaksi muuta suurettatunnetaan:jännite = resistanssi x virta resistanssi = jännite /virta

Nämä kaavat esitetään usein seuraavan kolmion avulla

Kolmio toimii seuraavasti: peitä sormella tuntematon suure, niin saat kaavan sen laskemiseksi!

Esimerkki : Kuinka suuri virta kiertää leivänpaahtimen langoissa, kun laite kytketään 230 voltinjännitteeseen ja laitteen lankojen resistanssi on 77 ohmia?

Ratkaisu: Tehtävänä on laskea sähkövirran suuruus. Peitetään se kolmiosta, jolloin saadaan kaavavirta = jännite/vastus eli virta = 230 volttia/ 77 ohmia. virta = 2,987... = 3 ampeeria

1.5 Suuria ja pieniä lukujaYksi ohmi on hyvin pieni vastustus. Resistanssi voi olla 1000 ohmia tai 1 000 000 ohmia. Yksi ampeeri on melko suuri virta. Virrat voivat olla myös 0,001 ampeerin tai 0,000 001 ampeerinsuuruisia. Emme pidä epämääräisistä nollista :), joten otetaan käyttöön seuraavat merkinnät:

M = miljoona = 1 000 000k = tuhat = 1000milli = tuhannesosa = 0,001mikro = miljoonasosa = 0,000 001

Esimerkki : Sähkövirran suuruus on 20 mA ja resistanssi on 40 kΩ. Laske jännitteen suuruus.

Ratkaisu: Kysytään jännitettä. Kolmiosta saadaan jännite = virta x resistanssi eli jännite = 20 mA x 40 kΩ eli jännite = 0,02A x 40 000 Ωjännite = 800 volttia!

1.6 Vastusten kytkennätResistansseja eli vastuksia voidaan kytkeä peräkkäin eli sarjaan. Tällöin kokonaisvastus saadaanlaskemalla vastukset yhteen.

Jos esimerkiksi 150 ohmin ja 300 ohmin vastukset kytketään sarjaan, saadaan yhteensä 450 ohminvastus.

Vastuksia voidaan kytkeä myös rinnakkain eli rinnan. Tällöin kokonaisvastus R saadaan laskettuahienolla kaavalla ;)

Jos esimerkiksi kytket 150 ohmin ja 300 ohmin vastukset rinnan, saadaan kokonaisvastus laskettuakaavalla

Josta laskimen avulla saadaan

Laskimen 1/x -näppäimen avulla saadaan

Tulos on siis 100 ohmia. Rinnankytkennässä lopputulos on aina pienempi kuin yksittäiset vastukset.

1.7 Virtalähteiden kytkennätParistoja ja akkuja voidaan myös kytkeä sarjaan tai rinnan.

Jos paristoja kytketään sarjaan, kytkennästä saatava jännite nousee. Jos kolme 1,5 voltin paristoakytketään sarjaan, kytkennästä saadaan 4,5 voltin jännite! Tätä käytetään hyväksi mm.taskulampuissa.

Jos taas paristoja kytketään rinnan, jännite ei nouse, mutta kuormitettavuus nousee eli kytkennästävoidaan ottaa enemmän virtaa kuin yhdestä yksittäisestä paristosta.

1.8 VarauskykyAkun varauskyky ilmoitetaan ampeeritunteina (Ah). Yksinkertaisesti ilmaistuna tavallisenhenkilöauton 64 Ah:n akusta voidaan ottaa 1 A:n virtaa 64 tuntia, 2 A:n virtaa 32 tuntia, jne.

Paristojen kokoisten sormiakkujen varauskyky voi olla luokkaa 2000 mAh eli 2 Ah.

Jos kytketään rinnan neljä kappaletta 1,5 voltin sormiakkuja, joiden varauskyky on 2 Ah,kytkennästä saatava jännite on edelleen 1,5 voltttia, mutta varauskyky on 8Ah!

Jos taas samat sormiakut kytketään sarjaan, kasvaa kytkennästä saatava jännite 6 volttiin, muttavarauskyky säilyy 2 Ah:ssa.

1.9 Sähköteho100 watin lamppu loistaa tehokkaammin kuin 60 watin lamppu. Lampun teho ilmoitetaan watteina(W). Sähköteho lasketaan kaavalla teho = jännite x virta

Esimerkki : Pöytälamppu käyttää 230 voltin jännitettä ja siinä kiertää 0,26 ampeerin suuruinenvirta. Laske lampun teho.

Ratkaisu: teho = 230V x 0,26A = 60 W

Vaikea esimerkki: 100 ohmin vastuksen yli vaikuttaa 12 voltin jännite. Kuinka suuri tehohäviövastuksessa syntyy?

Ratkaisu: Tehohäviö tarkoittaa vastuksessa lämmöksi muuttuvaa tehoa eli lasketaan normaalistiteho. Ongelmana on se, ettei tehtävässä anneta virran suuruutta. Niinpä joudumme laskemaan ensinvirran. Muistikolmiosta saadaanvirta = jännite / vastus eli virta = 12V / 100 Ω = 0,12 A

teho = 12V x 0,12A = 1,44W.

1.11 Vaihtovirta ja -jännitePolkupyörän dynamo ja sähkövoimaloiden generaattorit tuottavat vaihtovirtaa (AC) , jossa virransuunta vaihtelee. Tällaisen virran saa aikaan vaihtojännite.

Pistorasiasta saatavan vaihtojännitteen suuruus vaihtelee ns. sinikäyrän mukaisesti:

Jännitteen suuruus vaihtelee 325 voltista -325 volttiin. Huippujen ero on 650 volttia!Tällaista jännitettä kutsutaan 230 voltin jännitteeksi, koska esim. lamppu loistaa yhtä kirkkaasti 230voltin tasajännitteellä kuin tällaisella vaihtojännitteellä. Pistorasiassa vaikuttavan vaihtojännitteentehollisarvo on 230 volttia.

Tehollisarvosta voidaan laskea huippujännite kertoimella 1,41. Jos siis tehollisarvo on vaikka 50V,huippujännite on 1,41 x 50V = n. 70V. (Oikea kerroin on itseasiassa neliöjuuri 2 = 1,4142...)

Vaihtojännitteen sinikäyrää ja huippujännitteitä voi katsella esim. oskilloskoopilla.

1.12 MuuntajaVaihtojännitettä voidaan suurentaa tai pienentää muuntajalla , joka muodostuu rautasydämestä jasiihen kierretyistä kuparilangoista eli käämeistä. Muuntaja toimii ainoastaan vaihtojännitteellä.

Muuntajan sisäänmenopuolta kutsutaan ensiöksi ja ulostulopuolta toisioksi. Ulostulevan jännitteensuuruuden määrää ensiö- ja toisiopuolten käämien kierrosten suhde.

Jos ensiöpuolen käämissä on esimerkiksi 4000 kierrosta ja toisiopuolen käämissä 500 kierrosta, onkierrosten suhde = 4000/500 = 8.

Jännitteiden suhde on sama kuin kierrosten suhde. Jos muuntajan ensiössä vaikuttaa 230 voltinjännite, toisiojännite = 230V/8 = 28,75 volttia.

Muuntajan toisiossa voi olla myös keskiulosotto, jonka avulla toisiojännite saadaan puolitettua.

Tehtävä: Muuntajan ensiöjännite on 230 volttia ja toisiojännite 24 volttia. Toisiokäämissä on 167kierrosta. Laske ensiökäämin kierrosten lukumäärä.

Ratkaisu: Jännitteiden suhde on 230V/24V = 9,6. Niinpä kierrosmäärien suhteenkin täytyy olla 9,6.Ensiökäämissä on siis 9,6 x 167 = n. 1600 kierrosta.

Muuntajassa häviää hieman tehoa mm. lämmöksi, mutta käytännössä muuntaja oletetaanhäviöttömäksi, joten tehot ensiö ja toisiopuolella ovat yhtäsuuret.

Muuntajan tehonkeston määrää rautasydämen poikkileikkauksen pinta-ala. Niinpä muuntajat,joista otetaan paljon virtaa ovat suuria ja painavia. Esim. tietokoneissa käytetäänkinhakkurivirtalähteitä, joissa ei ole perinteisiä muuntajia.

1.13 MittaaminenYleismittarilla voidaan mitata mm. virtaa (A), jännitettä (V) ja resistanssia (O). Niinpä tätä mittariakutsutaan myös AVO -mittariksi. Mittareita on kahta päätyyppiä: digitaaliset eli numeronäytöllisetja analogiset eli viisarinäytölliset.

Kumpikaan tyyppi ei ole toistaan parempi, digitaalista on nopeampi lukea, analoginen sopii ehkäparemmin nopeiden vaihteluiden (ääriarvojen) mittaamiseen.

Jännite mitataan kytkemällä mittari rinnan .

Jännitealueella mittarin vastus on suuri, jotta itse mittari ei vaikuttaisi tulokseen.

Virta mitataan kytkemällä mittari sarjaan.

Jos virtamittarin asteikko ei riitä virtamittausalueella, asia voidaan kiertää ns. sivu- elishunttivastuksella: annetaan virran kulkea myös pienen vastuksen läpi ja mitataan vastuksessavaikuttava jännite ja lasketaan virta.

Ennen piirilevyllä olevien vastusten yms. mittauksia täytyy sähköt tietysti katkaista laitteesta.

Taajuusmittarilla voidaan mitata moduloimattoman kantoaallon taajuus tarkasti.

Lähettimestä lähtevän virran mittaus on hankalaa, mutta eräs keino on mitata lähetyksenaikaansaama lämpö lämpö- eli termistorimittarilla .

Oskilloskooppi näyttää kuvaruudullaan jännitteen muodon. Tästä käyrästä voidaan mitatajännitteen suuruus ja sen taajuus.

2 Elektroniikan komponetteja

2.1 VastuksetKuten muistat, virtapiirissä oleva resistanssi eli vastus pienensi sähkövirtaa ja sen suuruus mitattiinohmeissa. Voit siis kävellä elektroniikkaliikkeeseen ja ostaa vaikka 20 ohmin vastuksen :)

Ohmi on kovin pieni resistanssin yksikkö, joten yleensä vastukset ovat kilo-ohmeja (kO) taimegaohmeja (MO).

2.2 KondensaattoritKun kaksi metallilevyä asetetaan hyvin lähelle toisiaan ja niiden välille kytketään hetkeksi jännite,levyt varautuvat. Mitä suurempi on levyjen koko, sitä suurempi on varautumisen määrä. Tällaistalaitetta kutsutaan kondensaattoriksi ja sen varauskyky (kapasitanssi) mitataan faradeina (F).Faradi on erittäin suuri yksikkö, joten yleensä yksikkönä käytetään mikrofaradeja (uF) tai jopapienempiä osia, 0,000 000 001F = 1 nanofaradi = 1nF.

Kondensaattoreja on hyvin monenlaisia ja ne luokitellaan lähinnä käytetyn eristemateriaalinmukaan. Keraamiset kondensaattorit (KERKOT) ovat kapasitanssiltaan pieniä ja niitä käytetäänlähinnä suurtaajuuspiireissä. Elektrolyyttikondensaattorit (elkot) ovat puolestaankapasitanssiltaan suuria ja niitä käytetään mm. tasaamaan jännitevaihteluita. Elkot on ehdottomastikytkettävä oikein päin, sillä muuten ne voivat jopa räjähtää! Niinpä elkoihin on merkitty + ja --navat ja suurin käyttöjännite.

Kun kaksi kondensaattoria kytketään rinnan , varauskyky kasvaa:

Kondensaattorien sarjaankytkennässä varautuminen pienenee vastusten rinnankytkennän tavoin:

Kondensaattori ei päästä tasavirtaa lävitseen, mutta vaihtovirralle se aiheuttaa vastuksen, jonkasuuruus riippuu kondensaattorin suuruudesta ja vaihtovirran taajuudesta.

2.3 Kelat

Kela syntyy, kun lankaa käämitään rullalle vierekkäin (tai päällekkäin). Tasavirralle kela ei aiheutavastusta, mutta vaihtovirtaa se vastustaa sitä enemmän mitä suurempi on värähtelyn taajuus ja kelansuuruus. Kelan suuruus (induktanssi) mitataan henreinä (H). Yksi henri on hyvin suuri yksikkö,joten yleisesti käytössä ovat millihenrit (mH) tai mikrohenrit (uH).

Induktanssin suuruuteen vaikuttavat kierrosten määrä, kelan halkaisija ja sydänaineen materiaali.Niinpä keloja saa sekä ilmaeristeisinä että rautasydämisinä. Ilmaeristeisiä käytetäänvärähtelypiireissä, rautasydämisiä mm. äänisuotimissa.

Joskus jopa lankojen mutkittelu laitteen sisällä aiheutta tahatonta vastusta korkeataajuisellevärähtelylle!

Keloja kytketään harvoin sarjaan tai rinnan, mutta tällöin niiden laskukaava on sama kuinvastuksilla.

2.4 Diodi

Diodi on puolijohteesta, piistä tai germaniumista tehty komponentti, joka päästää virtaa lävitseenvain toiseen suuntaan.

Diodin (diodien) avulla vaihtovirta saadaan muutetuksi tasavirraksi, koska diodi estää virransuunnan muuttumisen. Tätä kutsutaan tasasuuntaukseksi.

Tähän asti oppimamme avulla voimme rakentaa virtalähteen, joka muuttaa pistorasiasta saatavan230 voltin vaihtojännitteen pieneksi tasajännitteeksi:

Muuntaja pienentää 230 voltin verkkojännitteen pienemmäksi vaihtojännitteeksi. Neljästä diodistakoostuva tasasuuntaussilta muuttaa vaihtojännitteen sykkiväksi tasajännitteeksi. Kondensaattorivarautuu jokaisen huippujännitteen kohdalla maksimiinsa eikä ehdi purkautua ennen seuraavaahuippua, joten kondensaattori tasoittaa jännitettä.

Valodiodi eli LED tuottaa valoa hyvin pienellä virralla. Niinpä niitä käytetään merkkivaloina. Ledittarvitsevat lähes aina etuvastuksen rajoittamaan niiden läpi kulkevaa virtaa.

Zenerdiodin yli vaikuttava jännite ei juurikaan muutu, vaikka sen läpi kulkeva virta muuttuisikin.Niinpä zenerdiodia käytetään jännitteen tasaajana eli stabiloijana. Zenerdiodi kytketäänestosuuntaan ja virtaa rajoitetaan etuvastuksella. Jos lisäämme edellä rakentamaammevirtalähteeseen zenerdiodin, saamme ulos kohtalaista tasajännitettä.

Tällaisesta virtalähteestä ei voi ottaa ulos suuria virtoja etuvastuksen vuoksi.

2.5 Transistori

Transistori on myös puolijohteista valmistettu komponentti. Ns. bipolaaritransistorissa on kolmeelektrodia: kanta B, kollektori C ja emitteri E . Transistoreja on kahta päätyyppiä NPN-transistorit ja PNP -transistorit.

Nämä ns. bipolaaritransistorit ovat virtavahvistajia eli pieni virran muutos kannalla B saa aikaansuuremman virtamuutoksen kollektorin C ja emitterin E välillä.

2.6 Loogiset piirit

Loogisissa piireissä on yleensä kaksi sisäänmenoa ja yksi ulostulo.AND eli JA -piirissä molemmissa sisäänmenoissa täytyy olla virtaa, ennenkuin ulostulossa onvirtaa.

.

Logiikan ajatusmaailman avulla ilmaistuna A:n pitää olla TOSI JA B:n pitää olla TOSI, jottaulostulo olisi TOSI.(A) Sinulla on rahaa.(B) Kauppa on auki.(Q) Sinä ostat kaupasta karkkia.Sekä A:n että B:n pitää olla tosia, jotta myös Q olisi tosi ;)

OR eli TAI -piirissä joko A:n TAI B:n pitää olla TOSI, jotta ulostulo Q olisi TOSI.(A) Olet syntynyt 12. päivä helmikuuta.(B) Olet syntynyt 31. tammikuuta.(Q) Olet horoskoopiltasi Vesimies.

3 Taajuus ja aallonpituus

Radioaallot ovat sähkömagneettista säteilyä, jota ovat myös valo, röntgenaallot ja gammasäteily.Sähkömagneettisessa säteilyssä ovat mukana sekä sähkökenttä että magneettikenttä jotka ovatkohtisuorassa toisiaan ja etenemissuuntaa vastaan.

Tyhjiössä sähkömagneettisen säteilyn nopeus on 300 000 km/s, väliaineessa vähemmän.

Taajuus kertoo värähtelyjen lukumäärän sekunnissa ja sen yksikkö on Hertsi (Hz). Yksi hertsi onradiotaajuuksilla hyvin pieni yksikkö, paljon yleisempi on megahertsi, MHz eli miljoona värähdystäsekunnissa.

Aallonpituus tarkoittaa nimensä mukaisesti yhden värähdyksen eli aallon pituutta metreinä.Aallonpituus on erittäin tärkeä mitta esimerkiksi antenneja tehtäessä.

Aallonpituus saadaan laskettua taajuudesta hyvin yksinkertaisella kaavalla:

aallonpituus metreinä = 300/taajuus megahertseinä

Jos taajuus on esimerkiksi 103,3 MHz, sitä vastaava aallonpituus on 300/103,3 = 2,9 metriä.

Usein radioamatööritaajuuksia kutsutaan myös niiden aallonpituutta vastaavalla nimellä,esimerkiksi 145 MHz:n aluetta kutsutaan myös 2 metrin alueeksi, koska aallonpituus on 2 metrinluokkaa.

4. Modulointi

4.1 AM -modulaatioJos haluat rakentaa 3.5 MHz:n taajuudella toimivan lähettimen, tarvitset aluksi värähtelijän, jokatuottaa 3.5 MHz:n taajuuden eli 3.5 MHz:n kantoaallon .

Jotenkin kantoaaltoon pitää myös liittää informaatiota (puhetta yms). Tätä kutsutaan kantoaallonmoduloinniksi.

Yksinkertaisin tapa moduloida kantoaaltoa on laittaa se päälle tai pois. Tätä kutsutaansähkötykseksi.

Puhe voidaan liittää kantoaaltoon monella eri tavalla. Jos kantoaallon voimakkuus muuttuu puheenvoimakkuuden tahdissa, puhutaan AM - eli amplitudimodulaatiosta.

4.2 FM -modulaatioJos kantoaallon taajuuden annetaan vaihdella hieman puheen tahdissa, puhutaan FM - elitaajuusmodulaatiosta.

4.3 SSBHienot stereot toistavat musiikkia aina 20 kHz:iin saakka. Puheen ymmärrettävyyteen riittää, kunkuulet siitä 3 kHz:n alueen. Tämä puhetaajuus leviää AM -modulaatiossa lähetystaajuudenympärille eli jos puhut 3600 kHz:n taajuudella, puheesi leviää 3597 - 3600 ja 3600 - 3603 kHz:nalueille eli 6 kHz leveydelle.

Lähetystaajuuden alapuolella olevaa kaista on nimeltään alempi sivunauha, LSB eli lowersideband, yläpuolinen nauha ylempi sivunauha, USB eli upper sideband.

Kaistanleveys eli lähetteen leveys on AM -modulaatiossa turhan suuri käytettäväksiamatööriyhteyksiin, eikä yhteyteen tarvita kaikkia lähetteen osia. Niinpä amatöörilähettimetvaimentavat sekä kantoaallon että toisen sivunauhan pois, jolloin puhutaan SSB -lähetteestä.

3,5 MHz:n ja 7 MHz:n amatöörialueilla käytetään LSB -lähetettä, muilla USB -lähetettä.

5 Vastaanottimet

5.1 OskillaattoriJos haluat vastaanottaa AM -lähetettä, tarvitset värähtelijän eli oskillaattorin , joka värähteleehalutulla taajuudella. Kide alkaa värähdellä sille ominaisella taajuudella, kun siihen kytketään jännite (ns.pietsosähköinen ilmiö). Kiteitä käytetään tietokoneessa, televisiossa yms, kun halutaan saada aikaanyksi, tietty taajuus.

Oskillaattorin voi valmistaa myös kelan ja kondensaattorin yhdistelmällä. Piirin värähtelytaajuusriippuu kelan ja kondensaattorin arvoista, joten värähtelytaajuuden voi tehdä säädettäväksi.

Värähtelypiirin hyvyys ilmoitetaan ns. Q -kertoimena. Mitä pienempi Q-arvo on, sitä enemmänpiirissä tapahtuu häviöitä. Kiteessä tapahtuu vähän häviöitä, joten sen Q -arvo on erittäin korkea(satoja). Kela-kondensaattoripiirin Q-arvoa voidaan parantaa käyttämällä hopeoitua kelaa jailmaeristeistä kondensaattoria.

Jos vastaanottimen värähtelypiirin Q-arvo on korkea, vastaanottimen valintatarkkuus eliselektiivisyys on hyvä ja lähekkäin olevat radioasemat voidaan erottaa toisistaan.

5.2 Suora vastaanotinKaikkein yksinkertaisin AM -vastaanotin on ns. suora vastaanotin, jossa on ainoastaanoskillaattori ja ilmaisin, jossa ääni erotetaan kantoaallosta.

Tällaista vastaanotinta kutsutaan myös nimellä kidevastaanotin. Suoran vastaanottimen etuna ovatlaitteiston yksinkertaisuus ja herkkyys eli heikotkin asemat saadaan kuuluviin. Huono puoli onhuono selektiivisyys eli pari asemaa kuuluu kerralla ;)

5.3 SupervastaanotinNykyään lähes kaikki vastaanottimet ovat ns. supervastaanottimia.

Suurtaajuusvahvistimessa vahvistetaan antennista tuleva värähtely ja ohjataan se sekoittajaan.Oskillaattorissa luodaan halutusta kuuntelutaajuudesta hieman eroava taajuus ja ohjataan sekinsekoittajaan. Sekoittajassa syntyy molempien taajuuksien summa ja erotus. Yleensä summataajuuspoistetaan suotimessa. Näin syntyy välitaajuus, jota on helpompi käsitellä kuin pelkkääsuurtaajuutta. Välitaajuus etenee vahvistimeen ja ilmaisimeen, jonka jälkeen jäljelle jäänyt äänivahvistetaan ennen kaiuttimia.

Esimerkki : Haluat kuunnella taajuudella 15460 kHz olevaa AM -radioasemaa. Käännätasemavalitsimen eli oskillaattorin taajuudelle 15010 kHz. Sekoittajassa syntyy molempientaajuuksien summa ja erotus:

15460 kHz + 15010 kHz = 30470 kHz15460 kHz - 15010 kHz = 450 kHzNäistä leikataan korkeampi taajuus pois, jolloin jäljelle jää 450 kHz:n välitaajuus.

Supervastaanottimen ongelmana ovat ns. peilitaajuudet. Kuvitellaan, että myös taajuudella 14560kHz on voimakas radioasema. Silloin sekoittajassa syntyvät taajuudet

15010 kHz + 14560 kHz = 29570 kHz15010 kHz - 14560 kHz = 450 kHz!eli myös 14560 kHz:n kohdalla oleva asema kuuluu vastaanottimesta!

Näiden peilitaajuuksien poistamiseksi on tehty kaksois- ja kolmoissupereista, joissa nimensämukaisesti on kaksi tai kolme välitaajuutta.

6 Lähettimet

6.1 SähkötyslähetinYksinkertainen lähetin saadaan yhdellä taajuudella värähtelevästä kiteestä ja pääteasteesta elivahvistimesta. Katkomalla kiteen antamaa kantoaaltoa saadaan antenniin sähkötystä!

Kide värähtelee vain yhdellä taajuudella, mutta lisäämällä lähettimeen kertoja kiteen antamataajuus saadaan esim. kolminkertaiseksi, jolloin päästään lähettämään korkeammallakin taajuudella.

6.2 SSB -lähetinSSB -lähettimen rakenne on huomattavasti monimutkaisempi kuin sähkötyslähettimen, silläkantoaalto ja toinen sivunauha vaimennetaan.

Balanssimodulaattoriin tuodaan kiinteä värähtely ja mikrofonista tuleva äänitaajuus.Balanssimodulattori eli balansoitu modulaattori vaimentaa kantoaallon, mutta jättää jäljellemolemmat sivukaistat. Suodin poistaa toisen sivunauhan, jonka jälkeisessä sekoittajassasynnytetään lopullinen lähetystaajuus.

Muista kaaviosta balansoitu modulaattori :)

6.3 VahvistimetPääteaste vahvistaa lähetteen halutun suuruiseksi. Vahvistimet jaetaan kolmeen eri luokkaan: A, Bja C -luokan vahvistimiin.

C -luokan vahvistin toimii vain siniaallon huipun aikana.

Tällaista vahvistinta käytetään mm. sähkötyslähettimissä ja sen hyötysuhde on erittäin hyvä.

B-luokan vahvistimessa virta kulkee vain siniaallon toisen puoliskon aikana.

A -luokan vahvistimessa virta kulkee koko ajan, jopa ilman tulevaa aaltoa. Vahvistimenhyötysuhde on erittäin huono, mutta sitä käytetään mm. äänivahvistimissa, joissa halutaankorkealaatuista, säröytymätöntä vahvistusta.

Jokaisella vahvistimella on sen vahvistusta kuvaava ominaiskäyrä. Vahvistin saadaan toimimaanhalutussa luokassa asettamalla vahvistimen toimintapiste sopivaan kohtaan ominaiskäyrällä ;)

7 Siirtojohdot

Koska antenni on ulkona ja lähetin sisällä, ne on jotenkin yhdistettävä toisiinsa. Tähän käytetäänyleisesti koaksiaalikaapelia, jonka pääosat ovat keskijohto ja sitä ympäröivä vaippa.

Koaksiaalikaapeleita on monenlaisia ja monenhintaisia, paksuja ja ohuita. Mitä ohuempi käytettykoaksiaalikaapeli on, sitä enemmän lähetystehosta häviää kaapeliin eikä pääse antenniin. Alle 30MHz:n taajuuksilla häviöt ovat melko pienet, mutta korkeammilla taajuuksilla asiaan onehdottomasti kiinnitettävä huomiota. Jo 145 MHz:n taajuudella on käytettävä korkealaatuista,paksua kaapelia.

Kaapelin toiseen päähän tinataan liitin. Yleisesti käytetty liitin on ns. UHF - eli PL259 -liitin. Tämäliitin soveltuukin alle 30 MHz:n taajuuksille, mutta korkeammilla taajuuksilla suositellaankäytettäväksi ns. N -liitintä.

Koaksiaalikaapelia vähähäviöisempi kaapeli on ns. avosyöttöjohto, jossa kaksi johdinta on eristettytoisistaan muovipaloilla. Avosyöttöjohto soveltuu hyvin alle 30 MHz:n taajuuksille, muttasyöttöjohdon ja lähettimen välille tarvitaan sovitin, koska lähettimessä on yleisesti PL259-naarasliitin.

8 Antennit

Nykyajan lähettimet olettavat, että antennipistokkeessa on 50 ohmin vastus lähtevälle radioaallolle.Tästä syystä sekä käytettävän kaapelin että antennin tulee olla 50 ohmisia. Koaksiaalikaapelittäyttävät tämän ehdon, mutta avosyöttöjohdon kohdalla tarvitaan erikoisjärjestelyjä.

Jos antennin vastus ei ole 50 ohmia, osa radioaallosta heijastuu takaisin kaapeliin ja summautuuvastaantulevaan radioaaltoon. Näin kaapeliin syntyy seisova aalto eikä lähetin näe kaapelia jaantennia 50 ohmisena.

Seisovan aallon suhde SWR kertoo kuinka hyvin antenni on sovitettu kaapeliin ja lukema voidaanmitata ns. SWR -mittarilla. Paras lukema on 1:1, mutta jos lukema on yli 2:1 lähetin voi rikkoutuaväärän sovituksen vuoksi.

8.1 DipoliRadioamatöörin perusantenni on dipoli , jonka molemmat puoliskot ovat neljäsosaaallonpituudesta.

Aallonpituus metreinä saatiin kaavasta 300/taajuus megahertseinä. Jos siis rakennamme dipolin 7.0MHz:in taajuudelle, aallonpituus on 300/7.0 = 42.85 metriä. Neljäsosa tästä on siis 42.85 m/4 =10,7 metriä! Antennin kokonaispituudeksi siis tulee yli 20 metriä :)

Dipolin säteilyvastus on teoriassa 73 ohmia, mutta lähellä maata, alle 20 metrin korkeuksissa vastuson lähempänä 50 ohmia. Dipoli toimii kohtalaisesti myös parittomilla kerrannaisilla eli 7.0MHz:n dipoli toimii myös 3*7 MHz = 21 MHz:in taajuudella.

8.2 Ground PlanePitkät dipoliantennit eivät mahdu pienelle tontille :) GP - eli Ground Plane on pystyantenni, jonkaosien pituus on myös neljäsosa aallonpituudesta.

Teoriassa GP:n säteilyvastus on 36 ohmia, mutta taivuttamalla "jalkoja" alaspäin päästään lähelle 50ohmia

8.3 Muita antennejaAntennit ovat mielenkiintoinen kokeilukenttä, koska antenneja on lukemattomia erilaisia.

Kaikkein yksinkertaisin antenni lienee pitkälanka , joka nimensä mukaisesti on pitkä lankavedettynä lähimpään puuhun. Pitkälangan säteilyvastus on epämääräinen, joten lähettimen jaantennin välissä tarvitaan sovitin.

On huomattu, että jos GP:n pituus 5/8 aallonpituudesta, antennin vahvistus on suurimmillaan, muttasäteilyvastus ei ole 50 ohmia, joten sovitusta tarvitaan.

Kokoaaltoantenni on nimensä mukaisesti yhden aallonpituuden mittainen lanka, joka voidaanasetella suorakulmion muotoon. Tällaisen loopin säteilyvastus on 100 ohmin luokkaa.

Suunta-antennit lähettävät nimensä mukaisesti säteilyä tiettyyn suuntaan. Tunnetuin suunta-antenni on yagi, jollainen mm. TV-antenni on.

9 Radioaaltojen eteneminen

Radioaalto, kuten valokin, etenee suoraan. Kuitenkin ilmakerrosten lämpötilaerot yms. saavat aallontaipumaan hieman kohti maanpintaa. Taipuminen on kuitenkin niin pientä, että ilman muita tekijöitäradioyhteydet rajoittuisivat kotimaahan.

9.1 HF -taajuudetAlle 30 MHz:in taajuuksilla radioaallot heijastuvat ilmakehän yläosassa olevastaIONOSFÄÄRISTÄ , jolloin pitkät, kansainväliset yhteydet onnistuvat helposti.

Ionosfääri jakautuu kolmeen kerrokseen (D,E ja F), joista ylin F-kerros heijastaa aaltoja.(Päiväsaikaan F -kerros on jopa kahdessa osassa F1 ja F2.) Ionosfäärin "kunto" vaihteleevuorokauden ja vuodenaikojen mukaan ja kaikkein eniten auringonpilkkujen määrän mukaan.

Talvi-iltaisin yhteydet Keski-Eurooppaan onnistuvat mainiosti esim. 3,5 MHz:in tai 7 MHz:intaajuuksilla.

9.2 VHF- ja UHF -taajuudetIonosfääri päästää yli 30MHz:n taajuudet lävitseen, joten mikäli näillä taajuuksilla halutaan pitkiäyhteyksiä on turvauduttava erikoiskeinoihin.

EME, Earth-Moon-Earth -yhteyksissä radioaalto suunnataan Kuuhun, josta pieni osa heijastuutakaisin. Tässä yhteysmuodossa tarvitaan suuria antenneja ja tehoja.

Meteorisironta eli Meteor Scatter -yhteyksissä radioaalto suunnataan pienten meteorienilmakehään jättämiin palojälkiin, jotka heijastavat hetken radioaaltoja.

Troposfäärisessä etenemisessä kylmän ja lämpimän ilmamassan väliin syntyy radioaaltojakuljettava kerros, jolloin pitkätkin yhteydet ovat mahdollisia. (Tropo)

ES -etenemisessä ilmakehässä on radioaaltoja voimakkaasti heijastava keskus, jokasyntymekanismi on epäselvä.

9.3 PolarisaatioVaakasuoraan asennettu antenni, esim. vaakadipoli lähettää vaakapolaroitua radioaaltoa, kun taaspystysuorassa oleva antenni, esim. Ground Plane lähettää pystypolaroitua eli vertikaalistasäteilyä. (Polarisaatio määritellään radioaallon sähkökentän voimaviivojen suuntaiseksi.)

Polarisaatio ei vaikuta radioaaltojen etenemiseen, mutta vaakatasossa oleva antenni vastaanottaaparhaiten vaakapolaroitua aaltoa ;)

HF -taajuuksilla polarisaatio kiertyy ionosfäärissä, joten asemien polarisaatioeroa ei huomaa. Sensijaan VHF -taajuuksilla vaaka- ja pystyantennin vastaanotossa on selvä ero riippuen vasta-asemankäyttämästä polarisaatiosta.

9.4 LähtökulmaJos HF -taajuuksilla halutaan yhteyksiä mahdollisimman kauas, antennin säteilyn pitää lähteämahdollisimman pienessä kulmassa kohti horisonttia.

Vaaka-antennien lähtökulmaan vaikuttaa antennin korkeus: mitä korkeammalla antenni on, sitämatalampi on sen lähtökulma. Antennin korkeus maasta pitää kuitenkin suhteuttaa aallonpituuteen.3,5 MHz:n taajuutta vastaava aallonpituus on 80 metriä, joten 20 metrin korkeus on vain yksineljäsosa aallonpituudesta kun taas 28 MHz:n taajuudella vastaava korkeus on kaksi aallonpituutta!Alla olevassa kuvassa on esitetty dipolin lähtökulmat 0,1 ja 1 aallonpituuden korkeudessa.

Matalalla olevan dipolin säteilykuvio on siis lähes suoraan ylöspäin.

Vertikaaliantennin lähtökulma on matala ja korkeus ei vaikuta siihen läheskään niin voimakkaastikuin vaaka-antennien.

9.5 SäteilykuvioVertikaaliantenni on ympärisäteilevä eli se lähettää säteilyä joka suuntaan. Korkealla olevalladipolilla on suuntakuvio: säteily on pienintä lankojen päiden suuntaan.

Yagiantennin yhteydessä puhutaan etu-takasuhteesta, joka kertoo eteen- ja taaksepäinsuuntautuvien säteilyjen suhteen.

10 Sähköturvalllsuus

10.1 SuojausluokatRadioamatöörit saavat rakentaa itse omat lähettimensä ja vastaanottimensa ja käyttää niitä ilmantarkastusta. Rakennettaessa on tietysti noudatettava normaaleja sähköturvallisuusmääräyksiä.Radioamatöörien rakentamat laitteet kuuluvat I -suojausluokkaan eli laite käyttää maadoitettuapistoketta, SUKOa (SUojaKOsketinpistotulppa). Tässä pistokkeessa on kolme johtoa: sininen,ruskea ja viher-keltainen. Viherkeltainen johto on sovittu maadoitusjohtimeksi eli se on kytkettävämetallikuorisen laitteen runkoon koneruuvilla. Mikäli laitteen runkoon tulee vikatilanteessavaarallinen jännite, maadoitusjohdin yhdistää jännitteen maahan. Jos johtimet irtoavat, keltavihreänmaadoitusjohtimen tulee irrota viimeisenä, joten se jätetään hieman muita pitemmäksi.

Omarakenteisen sähkölaitteen verkkokytkimen tulee olla kaksinapainen eli sen tulee katkaistamolemmat sähköjohdot. Kytkimeen tulee merkitä I ja 0 kuvaamaan päällä/poissa -tilannetta.

II -suojausluokan laitteessa on muovikuoret ja sen sähköisiin osiin ei pysty vahingossakoskettamaan suojakotelon vuoksi.

III -suojausluokan laitteet toimivat pienellä jännitteellä, ns. suojajännitteellä, joka on tyypillisesti24 volttia. Suojajännite tehdään erillisellä suojajännnitemuuntajalla. Tällaisia laitteita ovat esim.lelut (junarata).

0 -suojausluokan sähköpistoke on pyöreä.

10.2 Käyttömaadoitus

Normaalin SUKO -pistokkeen kautta saatavan maadoituksen lisäksi radioasemalla tulee olla ns.käyttömaadoitus, mikä tarkoittaa kaikkien aseman (metalli)laitteiden mahdollisimman suoraakytkemistä maahan. Maadoitusjohtimeksi käy 10 metrin pituinen 0,7 metrin syvyyteen kaivettu16 neliömillinetrin paksuinen kuparijohto , johon laitteet yhdistetään.

Laiteet tulee yhdistää tähän suojamaadoitukseen rinnankytkentäperiaatteella, ei peräkkäin!Käytännössä seinään yleensä kiinnitetään kuparinen kisko, josta vedetään maadoitusjohto maahan jakiskoon yhdistetään kaikki aseman laitteet johtimella.

Koska edellä mainitun käyttömaadoituksen rakentaminen esim. kerrostaloissa on mahdotonta,käyttömaadoitukseen käy esimerkiksi johtavin liitoksin tehty vesijohto.

11 Häiriöt

Radiolähetin voi aiheuttaa häiriöitä omaan tai naapurin radioon tai TV -kuvaan. Mahdollisia syitäovat esim.

- huono lähettimen käyttömaadoitus- korkea SWR antennissa- huonot tai hapettuneet liitokset joko omassa tai naapurin antennissa- naapurisi huonolaatuinen vastaanotin- ylimodulaatio (mikrofonivahvistus on liian suurella)- käytät suurta tehoa (pienentämällä lähetystehoa pienennät myös häiriöitä)

Alipäästösuodin päästää lävitseen tietyn taajuuden alla olevat taajuudet, mutta vaimentaavoimakkaasti korkeampia taajuuksia.

Ylipäästösuodin päästää korkeat taajuudet lävitseen, mutta vaimentaa voimakkaasti matalampiataajuuksia.

Molempia suotimia voi ostaa kaupasta tai tehdä itse.

Esimerkki: Puhuessasi 7 MHz:n taajuudella naapurisi TV:n kuva muistuttaa järven aaltoja :) TV-lähetykset ovat yleisesti UHF -taajuuksilla, joten lähettimesi lähettää korkeita taajuuksia. Niinpähäiriön poistamiseksi voit kokeilla asentaa omaan antenniisi vaikkapa 30 MHz:n alipäästösuotimentai naapurisi TV-johtoon 100 MHz:n ylipäästösuotimnen.

Häiriö voi levitä myös sähköverkon kautta.

Verkkokuristin estää radiotaajuisen värähtelyn pääsyn sähköverkkoon/verkosta. Verkkokuristintehdään kiertämällä laitteen sähköjohtoa ferriittisauvan ympärille useita kierroksia.